[Valtuille]

Neue Studie aus Kroatien und Deutschland, unter Beteiligung von (ehemaligen?) Mitarbeitenden eines auf Borreliose spezialisierten Labors aus Süddeutschland:

Pleomorphe Varianten von Borreliella (syn. Borrelia) burgdorferi weisen evolutionär unterschiedliche Transkriptome auf

Zusammenfassung
Borreliella (syn. Borrelia) burgdorferi ist ein Spirochätenbakterium, das die von Zecken übertragene Lyme-Borreliose verursacht. Im Laufe seines Lebenszyklus entwickelt B. burgdorferi mehrere pleomorphe Formen mit unklarer biologischer und medizinischer Relevanz. Überraschenderweise wurden diese Morphotypen noch nie auf der Ebene des globalen Transkriptoms verglichen. Um diese Lücke zu schließen, haben wir B. burgdorferi Spirochäten-, Rundkörper-, Blasen- und Biofilm-Kulturen gezüchtet und ihre Transkriptome durch RNAseq-Profiling erfasst. Wir fanden heraus, dass Rundkörper trotz ihrer morphologischen Unterschiede ähnliche Expressionsprofile wie Spirochäten aufweisen. Dies steht in scharfem Kontrast zu Bläschen und Biofilmen, die einzigartige Transkriptome aufweisen, die sich deutlich von Spirochäten und Rundkörpern unterscheiden. Um unterschiedlich exprimierte Gene in Nicht-Spirochäten-Morphotypen besser zu charakterisieren, führten wir funktionelle, positionelle und evolutionäre Anreicherungsanalysen durch. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Übergang von Spirochäten zu Rundkörpern von der feinfühligen Regulierung einer relativ kleinen Anzahl hochkonservierter Gene abhängt, die sich auf dem Hauptchromosom befinden und an der Translation beteiligt sind. Im Gegensatz dazu beinhaltet der Übergang von Spirochäten zu Bläschen oder Biofilmen eine erhebliche Umgestaltung der Transkriptionsprofile hin zu plasmidresistenten und evolutionär jungen Genen, die ihren Ursprung im Vorfahren der Borreliaceae haben. Trotz ihrer Häufigkeit ist die Funktion dieser Borreliaceae-spezifischen Gene weitgehend unbekannt. Viele bekannte Borrelien-Virulenzgene, die an der Immunabwehr und der Gewebeadhäsion beteiligt sind, stammen jedoch aus dieser Evolutionsperiode. Zusammengenommen deuten diese Regelmäßigkeiten auf die Möglichkeit hin, dass Blasen- und Biofilm-Morphotypen für die Verbreitung und Persistenz von B. burgdorferi im Säugetierwirt von Bedeutung sein könnten. Andererseits geben sie dem großen Pool an noch nicht untersuchten Borreliaceae-spezifischen Genen Priorität für die funktionelle Charakterisierung, da diese Untergruppe wahrscheinlich unentdeckte Gene für die Pathogenese der Lyme-Borreliose enthält.

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Volltext: https://www.mdpi.com/1422-0067/24/6/5594

[Sabine]

Grundlagenforschung zur Biologie und Evolution der Borrelien
Am häufigsten untersucht, weil am besten zu züchten ist die Spirochäten-Morphotyp, eine pleomorphe Variante von B. burgdorferi, die eine planare Wellenmorphologie aufweist. Diese Form ermöglicht es den Bakterien, sich zu verbreiten und in Gewebe einzudringen.
Runde Formen "round bodies" sind kugelig mit intakter und flexibler Zellhülle, die zahlreiche Flagellen einschließt. Man kann bei Kulturen ihre Bildung mit  Zugabe von destilliertem Wasser anregen, aber auch unter anderen Laborbedingungen, wie Antibiotikagaben, reichern sie sich in vitro an. In vivo hat man sie in der Hirnrinde bei chronischer Neuroborreliose und im Hautgewebe bei Erythrema migrans gefunden.
Dann gibt es die Bläschen ("bleb")-Formen, die an ihrer Oberfläche Außenmenbranvesikel tragen, die mit verschiedenen Proteinen, DNA, RNA besetzt sind. Dieser Typ macht in Standardkulturen bis zu 4 % aus, der Anteil kann aber durch Komponenten der Kultur, durch Kulturalterung und durch Antibiotika zunehmen. In der Studie wurde die Bidung dieser Formen durch Kontakt mit Sauerstoff, also Kultur unter aeroben Bedingungen angeregt.
in vivo wurde dieser Zelltyp auch in Gewebe aus Erythrema migrans gefunden. Man nimmt an, dass dieser Typ eine Rolle bei der Entstehung von Autoimmunreaktionen spielt.

Die Biofilme von B. burgdorferi sind Ansammlungen von Spirochäten, Rundkörper- und Bläschenzellen, die in eine selbst produzierte extrazelluläre Polysaccharidmatrix eingebettet sind. Die Existenz von B. burgdorferi-Biofilmen wurde in vitro durch den Nachweis typischer Biofilm-Marker bestätigt: Alginat, Kalzium und extrazelluläre DNA [41]. Darüber hinaus zeigte die Rasterelektronenmikroskopie, dass in verschiedenen Stadien der Biofilmentwicklung strukturelle Umlagerungen stattfinden und dass in B. burgdorferi-Biofilmen kanalartige Strukturen vorhanden sind. Diese Merkmale haben sich bei Bacillus subtilis, einem etablierten Biofilmmodell, als Kennzeichen eines echten Entwicklungsprozesses erwiesen [42,43]. B. burgdorferi-Biofilme konnten unter verschiedenen Laborbedingungen gezüchtet werden [13,41] und werden auch in vivo im Gehirn, im Herzen, in der Leber, in der Niere [44] und im Hautgewebe infizierter Patienten beobachtet [45].
Die Genanalyse zeigte, dass die Bläschen und Biofilme viele Gene zeigen, die typisch für die parasitäre Bakterienfamile der Borreliaceae ist, dazu zählen die bekannten Gene für die Immunevasion von B. burgdorferi, die für die persistente disseminierte Infektion besonders wichtig sind. Zum Beispiel das vlsE-Gen, das für das kontinuierlich modifizierte oberflächenexponierte exponierte Lipoprotein (VlsE). Das VlsE ist essentiell für die initiale und persistente Infektion und erfährt eine antigene Variation, während sich die Bakterienzellen im Wirbeltierwirt aufhalten.
Insgesamt ist die genetische Ausstattung der Borrelien sehr speziell, daher lassen sich die Erkenntnisse von anderen, wenig verwandten Bakterienfamilien nicht einfach übertragen.

Die Autoren hoffen, dass mit weiterer Forschung zu Evolution und Biologie der Borrelien auch die Kontroversen im Zusammenhang mit Borreliose - Erkrankungen und deren Behandlungskonzepten lösen werden.